NCS的魯棒控制研究.pdf

1、隨著控制系統(tǒng)規(guī)模的日益擴(kuò)大以及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展,基于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的控制系統(tǒng)已經(jīng)逐步應(yīng)用到控制工程中?？刂苹芈吠ㄟ^實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)閉合的反饋控制系統(tǒng)稱為網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)(Networked Control System,NCS)。網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)是現(xiàn)代通訊技術(shù)、控制理論及計(jì)算機(jī)技術(shù)等發(fā)展和綜合的產(chǎn)物。NCS具有連線少、靈活性強(qiáng)、便于拓展和信息資源共享等眾多優(yōu)點(diǎn),但控制系統(tǒng)引入網(wǎng)絡(luò)后,由于帶寬有限、分時(shí)復(fù)用、數(shù)據(jù)傳輸路徑不確定等都會(huì)導(dǎo)致信息傳輸中

2、的等待、擁塞及丟包等現(xiàn)象,不可避免地產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)誘導(dǎo)時(shí)延。這些受負(fù)載、通信協(xié)議等影響的時(shí)延,無論是固定的或時(shí)變的還是有界的或無界的,都會(huì)不同程度影響控制系統(tǒng)性能,甚至導(dǎo)致系統(tǒng)失穩(wěn),這給NCS分析、設(shè)計(jì)和控制帶來很大困難。本文針對(duì)NCS的特點(diǎn),應(yīng)用魯棒控制、風(fēng)控制、神經(jīng)元控制和保代價(jià)控制理論分析設(shè)計(jì)方法來解決NCS中存在的問題。
　　 本文對(duì)NCS中的時(shí)延特性進(jìn)行了分析,研究了時(shí)延對(duì)系統(tǒng)性能影響。針對(duì)傳感器節(jié)點(diǎn)時(shí)間驅(qū)動(dòng)、控制器和執(zhí)行器

3、節(jié)點(diǎn)事件驅(qū)動(dòng)的假設(shè),建立了具有任意有界時(shí)延NCS的離散模型。進(jìn)一步,把傳感器到控制器和控制器到執(zhí)行器的時(shí)延分別同時(shí)加以考慮建立了控制回路總時(shí)延小于采樣周期的NCS離散模型。
　　 針對(duì)確定時(shí)延NCS,給出了基于靜態(tài)狀態(tài)反饋的H∞控制器設(shè)計(jì),以保證閉環(huán)NCS穩(wěn)定性和相應(yīng)的H∞控制性能指標(biāo)。仿真表明了該方法的有效性。針對(duì)時(shí)變時(shí)延NCS,應(yīng)用一種基于免疫反饋機(jī)理的比例增益在線調(diào)整規(guī)則,提出了一種改進(jìn)的神經(jīng)元PID控制器。該控制器不依賴

4、精確的數(shù)學(xué)模型,并且無需做出網(wǎng)絡(luò)誘導(dǎo)時(shí)延均小于一個(gè)采樣周期的假設(shè)。仿真結(jié)果表明其可以有效地克服隨機(jī)的網(wǎng)絡(luò)誘導(dǎo)時(shí)延給控制品質(zhì)帶來的不利影響。
　　 針對(duì)時(shí)變短時(shí)延NCS,給出了基于靜態(tài)狀態(tài)反饋的保代價(jià)控制器,以保證閉環(huán)NCS穩(wěn)定性和相應(yīng)的二次型代價(jià)函數(shù)指標(biāo)。仿真結(jié)果表明,該控制器既能夠保證系統(tǒng)漸近穩(wěn)定性,又使系統(tǒng)的代價(jià)指標(biāo)小于一個(gè)確定的上界。本文最后利用NCS的實(shí)時(shí)仿真軟件TrueTime,完成了網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)的設(shè)計(jì),